简介
本文主要介绍对 NXP PN7150 芯片 VDD(TX) 的探究过程，包括电流和电压。PN7150 是一颗带Cortex-M0 内核的 NFC 控制器，VDD(TX) 是 PN7150 上专门给天线发射电路供电的引脚，但是不直接从外部供电，而是从供电引脚取电，然后通过内部 LDO 输出指定电压。本文中默认软件为 MCU 裸机代码。封装默认为 HVQFN40。探究的电流为在读卡器模式下的电流。
一、 电源部分简介
根据 PN7150 的数据手册描述，电源和地描述如下表；
|
PIN |
引脚 |
GND/Power |
描述 |
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4 |
Vss(PAD) |
GND |
Pad ground |
|
6 |
VDD(PAD) |
Power |
Pad supply voltage |
|
9 |
Vss |
GND |
Ground |
|
12 |
VBAT2 |
Power |
Battery supply voltage |
|
13 |
VBAT1 |
Power |
TXLDO input supply voltage |
|
14 |
VDD(TX) |
Power |
Transmitter supply voltage |
|
17 |
VDD(MID) |
Power |
Receiver reference input voltage |
|
19 |
Vss(TX) |
GND |
Transmitter ground |
|
22 |
VDD(TX_IN) |
Power |
Transmitter input supply voltage |
|
26 |
VBAT |
Power |
Battery supply voltage |
|
27 |
Vss |
GND |
ground |
|
28 |
VDDA |
Power |
Analog supply voltage |
|
29 |
VDD |
Power |
Supply voltage |
|
30 |
VDDD |
Power |
Digtal supply voltage |
从上表可以看到，PN7150 这个芯片一共有 10 个电源接口，但并非每个电源接口都需要外部供电。
VDD(PAD) 给主功能接口供电；
VBAT 为 DSLDO 供电，从而为 VDD 供电；
VDD 为 VDDA 和 VDDD 供电，从而为数字电路和模拟电路供电；
VBAT1 和 VBAT2 为 TXLDO 供电，从而为 VDD(TX) 供电；
VDD(TX) 为 VDD(TX_IN) 供电，从而为 NFC 发射电路供电；
VDD(MID) 为接收电路输入参考电压，一般接电容下拉到地；
1.1 内部电路图
图 1-1 内部 LDO 框图
可以看到 VBAT 给芯片内部 DSLDO 供电，DSLDO 输出 VDD；VBAT1 和 VBAT2 给芯片内部 TXLDO 供电，输出 VDD(TX)；
1.2 TXLDO 配置
TXLDO 由 VBAT1 和 VBAT2 一起供电，并且提供了一种能够更改 VDD(TX) 输出电压的配置方式：通过更改 VBAT1 和 VBAT2 的电压大小，从而改变 VDD(TX) 的大小。
配置一
VBAT1 = VBAT2 = 2.3V ~5.5V，VBAT 和 VDD(TX) 接线如下图：
图 1-2-1 配置一电源接线图
按照此接线图，LDO 通常可以输出 3.0V，3.3V，3.6V 到 VDD(TX) ，并且最大输出电流为 180mA；VDD(TX) 和 VBAT 线性关系如下：
VDD(TX) = VBAT – 1Ω x load
所以，能够得到 VDD(TX) 和 VBAT 的线形图，如下图：
图 1-2-2 VDD(TX) 和 VBAT 的线形图
此处需要注意两点：
- 此处的 VBAT 并不是代表 PIN26，而是代表 VBAT1 和 VBAT2；
- 在配置一模式下，当芯片进入待机模式时，无论 VDD(TX) 配置为 0V、3.3V 还是 3.6V，VDD(TX) 均为 2.5V，如下图：
图 1-2-3 待机模式下 VDD(TX) 和 VBAT 的线性关系
配置二
VBAT1 = 5V， VBAT2 = 2.3V ~ 5.5V，VBAT 和 VDD(TX) 接线如下图：
图 1-2-4 配置二电源接线图
按照此接线图，LDO可以输出 4.5V，4.75V 到 VDD(TX)。上一节介绍的线性关系，在配置二下，依然适用，区别是 VDD(TX) 和 VBAT1 构成线性关系，而不是 VBAT。如下图：
图 1-2-5 VDD(TX) 和 VBAT1 的线形图
1.3 VDD(TX) 输出电流探究
在 1.2 节中，我们提到了，当配置为配置一时，VDD(TX) 输出的最大电流为 180mA；在 PN7150 数据手册中，当 VDD(TX) = 3.3V 时，给出的典型值电流为 180mA。那么，到底是最大值还是典型值呢？答案是典型值。
TXLDO 内部带有限流器，能够限制 TX1、TX2 上的电流过大，从而引起的风险，无论 VBAT1 和 VBAT 2 为 2.3V~5.5V 间的什么值，TXLDO 都只会输出一个 220mA 的最大值。真实的最大值，跟匹配电路的阻抗有关。建议在设计时，保证通信最大电流不超过 180mA，从而保证尖峰值不会超过 220mA。
下面的章节会通过原厂的开发板，来测试实际的发射电流。
二、 PN7150 Demo Board 简介
2.1 原理图
开发板默认使用配置二。
2.2 Top Layer Layout
2.3 实物图
三、 实测验证
3.1 接线
由于原厂开发板没有在 VDD(TX) 和 VDD(TX_IN) 之间，接一个元器件，我们只能将该线从中切断，然后飞线上去，使用示波器电流钳测试。如下图：
先断开 VDD(TX) 到 C1 间的走线，再使用锡包线连接。
3.2 软件配置
本文 1.2 节提到，可以通过不同的输入电压，来配置 VDD(TX) 的电压，但是硬件只能规定电压的范围，而具体配置为哪个电压，则需要使用软件在初始化时配置 PMU_CFG 寄存器。
代码中对应的配置如下图：
默认代码中，CFG2 的最后一位为 0x00，我们需要改为 0x01，与手册中寄存器的描述保持一致。
3.3 测试波形
1、无卡轮询波形 
2、有卡检测波形
可以看到，最大电流为 176mA，没有超过 180mA。
四、 如何使用软件读取 TXLOD 电流
PN7150 提供了一种简易的读取 TXLDO 电流的方式，能够通过软件读取寄存器，从而获取 TXLDO 电流，但是读取范围有限，最大只能读到 100mA 的电流，超过 100mA 的电流也显示 100mA。
4.1 寄存器简介
通过 TEST_ANTENNA_CMD 读取 TXLDO 的电流。寄存器描述如下：
能够读出的最大电流为 0.4 * 127（0x7F）+ 50 = 100.8 mA；
4.2 参考代码
bool NxpNci_TxLDO_current_measurement(void)
{
uint8_t NCITxLDOCM[] = {0x2F, 0x3D, 0x02, 0x01, 0x80};
uint8_t Answer[MAX_NCI_FRAME_SIZE];
uint16_t AnswerSize;
uint8_t u8current;
NxpNci_HostTransceive(NCITxLDOCM, sizeof(NCITxLDOCM), Answer, sizeof(Answer), &AnswerSize);
if ((Answer[0] != 0x4F) || (Answer[1] != 0x3D) || (Answer[3] != 0x00))
{
switch(Answer[3])
{
case 0x01:
PRINTF("Test execution rejected(PN7150 in wrong state)\r\n ");
break;
case 0x04:
PRINTF("STATUS_TEST_EXEC_FAILED\r\n ");
break;
case 0x09:
PRINTF("STATUS_INVALID_PARAM\r\n ");
break;
default:
PRINTF("Forbidden\r\n ");
break;
}
PRINTF("Get Current Error!\r\n ");
return NXPNCI_ERROR;
}
/*correct rsp is 4F 3D 05 00 00-7F 00/01 RFU RFU*/
PRINTF("TxLDO output value = 0x%x ",Answer[4]);
PRINTF("Measured range = 0x%x\r\n",Answer[5]);
if(Answer[5] == 0x00)
{
u8current = Answer[4]*0.4+50;
PRINTF("Current Measurement = %d mA\r\n",u8current);
}
else if(Answer[5] == 0x01)
{
u8current = Answer[4]*0.4+20;
PRINTF("Current Measurement = %d mA\r\n",u8current);
}
return NXPNCI_SUCCESS;
}
参考文档
【1】PN7150 Datesheet.pdf
【2】OM5578_PN7150S-schematics.pdf
【3】UM10936 PN7150 User Manual v2.0.pdf
【4】UM10935 PN7150 NFC Controller SBC Kit User Manual (1.6).pdf
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